Типові завдання НМТ: біосинтез білка, поділ клітини і розмноження

Тема 1.5 програми НМТ з біології охоплює три великі блоки: молекулярну біологію (ген, геном, реплікацію, генетичний код, транскрипцію й трансляцію), поділ клітини (клітинний цикл, мітоз, мейоз) та розмноження й онтогенез (гаметогенез, запліднення, ембріогенез, форми розмноження). У демонстраційному варіанті НМТ-2026 ця тема є основною в завданні № 6 (вибір однієї відповіді за рисунком — 1 бал) і додатковою в № 1 та в логічних парах № 25 (до 4 балів). За блоком тем 1.1–1.5 у демо 2026 передбачено 8 завдань загальною вартістю 11 балів із 46. Окремої розрахункової задачі на трансляцію в демо немає, але програма вимагає вміти розв’язувати елементарні вправи з реплікації, транскрипції й трансляції.

Типові форми завдань

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г) — фаза поділу за рисунком, формула n/c, вправа на транскрипцію або трансляцію, кількість гамет чи похідних зародкових листків.

• Логічні пари — подія → фаза мітозу/мейозу, зародковий листок → орган, форма розмноження → організм.

• Три групи (по одній відповіді з кожної) — процес або структура за місцем у клітині, матрицею й продуктом.

Генетичний код і таблиця кодонів

Генетичний код має чотири ключові властивості: триплетність (одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами), однозначність (кожен кодон відповідає тільки одній амінокислоті), виродженість (більшість амінокислот кодуються кількома кодонами) і майже універсальність (код є однаковим у всіх організмів, з невеликими винятками в мітохондріях). Стартовий кодон — АУГ (метіонін), стоп-кодони — УАА, УАГ, УГА.

У тренувальних вправах цього юніта ми надаватимемо потрібний фрагмент таблиці генетичного коду. Офіційні документи 2026 року не гарантують, що таблиця буде в кожному завданні НМТ, тому варто запам’ятати кілька поширених кодонів та їхні амінокислоти. Водночас формат 2026 року не варто механічно переносити на 2027 рік без підтвердження УЦОЯО.

Рисунки, які трапляються в завданнях теми

• Фази мітозу й мейозу (у демо 2026 — № 6: визначити фазу мітозу за рисунком).

• Будова хромосоми (сестринські хроматиди, центромера).

• Стадії ембріонального розвитку (бластула, гаструла, нейрула).

Такі зображення можуть трапитися в завданнях, тому варто навчитися розпізнавати їх за ключовими ознаками: розташування хромосом, кількість хроматид, наявність бівалентів, форма зародка. Саме ці навички ми й відпрацюємо в наступних розділах.

Цей розділ — практичний довідник для всіх типів завдань, де треба працювати з нуклеотидними послідовностями. Тут немає теорії заради теорії: кожне правило одразу проілюстровано прикладом, щоб ти міг(-ла) застосувати його в тесті.

Реплікація ДНК: напівконсервативний принцип

Під час реплікації кожна з двох дочірніх молекул ДНК отримує один старий (материнський) ланцюг і один новий. Новий ланцюг добудовується за принципом комплементарності, але в антипаралельному напрямку. Наприклад, якщо материнський ланцюг має напрямок 5′→3′:

Материнський ланцюг: 5′-ТАЦ ГГА-3′

Новий (комплементарний) ланцюг: 3′-АТГ ЦЦТ-5′

Зверни увагу: А (аденін) парується з Т (тимін), і навпаки; Г (гуанін) — з Ц (цитозин), і навпаки. Напрямок запису змінюється на протилежний через антипаралельність.

Транскрипція: ДНК → іРНК

Інформаційна РНК (іРНК) синтезується на матричному ланцюзі ДНК. Правила комплементарності для транскрипції: А (ДНК) → У (іРНК), Т (ДНК) → А (іРНК), Г (ДНК) → Ц (іРНК), Ц (ДНК) → Г (іРНК). Важливо: у РНК немає тиміну — замість нього урацил (У).

Приклад. Матричний ланцюг ДНК (3′→5′): 3′-ТАЦ ГГА ЦТТ-5′

іРНК (5′→3′): 5′-АУГ ЦЦУ ГАА-3′

Зверни увагу: матрицею для транскрипції завжди слугує один (матричний) ланцюг ДНК, а не обидва. іРНК синтезується в напрямку 5′→3′.

Трансляція: іРНК → білок, кодони й антикодони

Кодон — це триплет нуклеотидів на іРНК, який кодує одну амінокислоту. Антикодон — комплементарний йому триплет на тРНК. Ключове правило: амінокислоту визначають ЗА КОДОНОМ іРНК, а не за антикодоном тРНК і не за триплетом ДНК.

Приклад. Кодон іРНК 5′-АУГ-3′. Який антикодон тРНК йому відповідає?

Антикодон: 3′-УАЦ-5′ (комплементарний і антипаралельний кодону).

Якщо записати той самий антикодон у напрямку 5′→3′ (як це часто роблять у тестах), він матиме вигляд 5′-ЦАУ-3′. Обидва записи правильні, головне — розуміти напрямок.

Розрахунок довжини: амінокислоти, кодони, нуклеотиди

Для спрощених завдань (безінтронна кодуюча ділянка, без стоп-кодону й нетрансльованих ділянок) діє пряма пропорція:

1 амінокислота ↔ 1 кодон ↔ 3 нуклеотиди іРНК ↔ 3 пари нуклеотидів ДНК

Отже, білок зі 150 амінокислот кодується ділянкою іРНК завдовжки 450 нуклеотидів (150 × 3) і відповідною ділянкою ДНК завдовжки 450 пар основ. Пам’ятай: це довжина лише кодуючої частини, а не повного гена чи зрілої іРНК — реальні гени еукаріотів містять інтрони та нетрансльовані ділянки.

Мутації: заміна, вставка, випадіння нуклеотида

Заміна одного нуклеотида змінює один кодон. Наслідки:

• амінокислота може змінитися на іншу (місенс-мутація);

• амінокислота може лишитися тією самою (виродженість коду — синонімічна заміна);

• кодон може стати стоп-кодоном (нонсенс-мутація, передчасне завершення трансляції).

Вставка або випадіння нуклеотида зсуває рамку зчитування — усі кодони після мутації змінюються, і білок, найімовірніше, буде нефункціональним.

Еукаріоти й прокаріоти: екзони, інтрони, оперони

Багато еукаріотичних генів мають екзони (залишаються у зрілій РНК) та інтрони (вирізаються під час сплайсингу). Зріла іРНК може також містити нетрансльовані ділянки на 5′- і 3′-кінцях. Типові бактеріальні білкові гени, навпаки, інтронів не мають, а частина з них входить до складу оперонів. Для сильної експресії lac-оперона кишкової палички потрібна присутність лактози й низький рівень глюкози. Репарація ДНК — це система ферментів, яка виправляє пошкодження ДНК, запобігаючи мутаціям.

Формула n/c — це компактний запис, де n — кількість хромосомних наборів (гаплоїдний набір), а c — кількість молекул ДНК відносно гаплоїдного набору. Для людини 2n = 46, отже n = 23. Якщо в клітині 46 хромосом і 92 молекули ДНК — це 2n4c.

Інтерфаза: підготовка до поділу

Інтерфаза складається з трьох періодів: G₁ (2n2c — клітина росте, хромосоми не подвоєні), S (реплікація ДНК: 2n2c → 2n4c — кількість хромосом не змінюється, але кожна хромосома тепер має дві сестринські хроматиди) і G₂ (2n4c — клітина готова до мітозу).

Мітоз: одна клітина → дві ідентичні

Профаза та метафаза: 2n4c. Хромосоми конденсуються, вишиковуються на екваторі клітини поодинці.

Анафаза: 4n4c. Центромери поділяються, сестринські хроматиди (тепер це окремі хромосоми) розходяться до полюсів. Біля кожного полюса — 2n2c.

Телофаза й цитокінез: утворюються дві дочірні клітини, кожна з набором 2n2c.

Мейоз: два поділи, чотири гамети

Мейоз I (редукційний)

Профаза I (2n4c): відбуваються кон’югація гомологічних хромосом і кросинговер (обмін ділянками).

Метафаза I (2n4c): біваленти (пари гомологічних хромосом) вишиковуються на екваторі.

Анафаза I: до полюсів розходяться гомологічні хромосоми (кожна з двох хроматид). Біля кожного полюса — n2c. У всій клітині до поділу ще 2n4c.

Після мейозу I — дві клітини з набором n2c.

Мейоз II (екваційний)

Метафаза II: n2c. Хромосоми (кожна з двох хроматид) вишиковуються поодинці.

Анафаза II: сестринські хроматиди розходяться, у клітині тимчасово 2n2c.

Чотири клітини-нащадки: кожна з набором nc (наприклад, у людини — 23 хромосоми, 23 молекули ДНК).

Таблиця: формули n/c для ключових фаз

Як читати рисунок: ключові ознаки

• Хромосоми на екваторі поодинці — метафаза мітозу (якщо набір диплоїдний) або метафаза II (якщо набір гаплоїдний).

• Хромосоми на екваторі парами (біваленти) — метафаза I.

• До полюсів розходяться одинарні хромосоми (одна хроматида) — анафаза мітозу або анафаза II.

• До полюсів розходяться двохроматидні хромосоми — анафаза I.

Пастка «анафаза»

Типова помилка — плутати анафазу мітозу (розходяться сестринські хроматиди) з анафазою I мейозу (розходяться гомологічні хромосоми, кожна з двох хроматид). В анафазі II, як і в мітозі, розходяться хроматиди, але набір хромосом у клітині перед поділом — гаплоїдний (n2c), а не диплоїдний. Гаплоїдний набір (n) клітини отримують уже після мейозу I (n2c); після мейозу II кожна клітина має набір nc — гаплоїдний набір однохроматидних хромосом.

Гаметогенез: сперматогенез і оогенез

Гаметогенез — це процес утворення статевих клітин (гамет). У чоловіків він називається сперматогенезом, у жінок — оогенезом. Ключова відмінність для НМТ — кількість життєздатних гамет з однієї вихідної клітини.

З одного сперматоцита I порядку (2n4c) після мейозу I утворюються два сперматоцити II порядку (n2c), а після мейозу II — чотири сперматиди, які дозрівають у чотири сперматозоїди. Усі чотири є функціональними гаметами.

З одного ооцита I порядку (2n4c) після мейозу I утворюються один ооцит II порядку (n2c) і одне полярне тільце (n2c). Після мейозу II з ооцита II порядку утворюються одна яйцеклітина (nc) і друге полярне тільце (nc). Перше полярне тільце може поділитися (тоді утворюються два полярні тільця) або не поділитися. Отже, після завершення оогенезу маємо 1 яйцеклітину й 2 або 3 полярні тільця. Полярні тільця гинуть і гаметами не є.

Запам’ятай для НМТ: з одного ооцита I порядку — 1 яйцеклітина, а не 4. Чотири яйцеклітини — типова пастка.

Форми розмноження → організм

Для завдань на логічні пари (форма розмноження → організм) варто знати такі відповідності:

Зародкові листки → органи й тканини

Під час гаструляції утворюються три зародкові листки: ектодерма (зовнішній), ентодерма (внутрішній) і мезодерма (середній, утворюється між ними). Кожен листок дає початок певним тканинам і органам.

Важливо: цілі органи складаються з тканин різного походження. Наприклад, шкіра має епідерміс (ектодерма) і дерму (мезодерма).

Ембріогенез: стадії та типи розвитку

Навчальна схема ембріонального розвитку тварин: зигота → дроблення (багаторазові мітози без росту клітин) → бластула (у ссавців — морула, потім бластоциста) → гаструляція (утворення зародкових листків: ектодерми, ентодерми, а в тришарових — ще й мезодерми) → гістогенез та органогенез (утворення тканин і органів). Будова бластули відрізняється між різними групами тварин.

Прямий розвиток (без личинкової стадії) характерний для птахів, ссавців, плазунів. Непрямий розвиток (з личинкою, яка відрізняється від дорослої особини) — для жаб, комах із перетворенням (метаморфозом).

У цьому розділі ми покроково розв’яжемо п'ять завдань у форматі НМТ. Кожен приклад супроводжується поясненням, чому правильна відповідь правильна, а дистрактори — ні.

Приклад 1. Транскрипція: ДНК → іРНК

Завдання. Матричний ланцюг ДНК має послідовність 3′-ТАЦ ААА ГЦТ-5′. Яка послідовність іРНК, синтезованої на цьому ланцюзі?

Покрокове розв’язання:

1. Визначаємо напрямок: матриця записана від 3′ до 5′, тому іРНК будуватиметься в напрямку 5′→3′.

2. Застосовуємо комплементарність: А (ДНК) → У (іРНК), Т (ДНК) → А (іРНК), Г (ДНК) → Ц (іРНК), Ц (ДНК) → Г (іРНК).

3. ТАЦ → АУГ; ААА → УУУ; ГЦТ → ЦГА.

4. Послідовність іРНК: 5′-АУГ УУУ ЦГА-3′.

Відповідь: 5′-АУГ УУУ ЦГА-3′.

Чому дистрактори неправильні:

• АТГ ТТТ ЦГА — в іРНК не може бути Т (тимін), замість нього має бути У (урацил).

• УАЦ ААА ГЦУ — це фактично матриця, де Т замінено на У. Але іРНК має бути комплементарною матриці, а не її копією.

• ТАЦ ААА ГЦТ — просто переписана матриця без жодних змін. Потрібна комплементарна послідовність.

Приклад 2. Кодон → антикодон

Завдання. Кодон іРНК — 5′-ГЦУ-3′. Який антикодон тРНК відповідає цьому кодону (записати в напрямку 3′→5′)?

1. Антикодон комплементарний кодону й антипаралельний.

2. Кодон 5′-ГЦУ-3′ → антикодон 3′-ЦГА-5′.

Відповідь: 3′-ЦГА-5′.

Чому дистрактори неправильні:

• 3′-ГЦУ-5′ — це той самий кодон, а не антикодон. Не виконано комплементарності.

• 3′-ЦГТ-5′ — у тРНК не може бути Т (тимін), замість нього має бути У (урацил).

• 3′-ЦГУ-5′ — помилка в третьому нуклеотиді: урацил (У) кодону парується з аденіном (А), а не з У; правильний антикодон — 3′-ЦГА-5′.

Примітка: запис 5′-АГЦ-3′ є тим самим антикодоном, але в напрямку 5′→3′. Якщо тест не вимагає конкретного напрямку, обидва записи правильні.

Приклад 3. Логічні пари: подія → фаза поділу

Завдання. Встанови відповідність між подією (1–4) і фазою поділу клітини (А–Д):

Розв’язання:

• 1 → Б. Кон'югація й кросинговер відбуваються тільки в профазі I мейозу.

• 2 → В. Гомологічні двохроматидні хромосоми розходяться в анафазі I.

• 3 → Г. Другий поділ мейоцита — це мейоз II; хроматиди розходяться в анафазі II.

• 4 → А. У мітозі соматичної клітини хроматиди розходяться в анафазі мітозу.

Відповідь: 1Б, 2В, 3Г, 4А.

Приклад 4. Формула n/c для метафази I

Завдання. Клітина тварини має диплоїдний набір 2n = 16. Вона перебуває в метафазі I мейозу. Скільки в ній хромосом і молекул ДНК?

1. 2n = 16, отже n = 8.

2. Метафаза I: формула 2n4c (хромосоми подвоєні, гомологи ще не розійшлися).

3. Хромосоми: 2n = 16. Молекули ДНК: 4c = 4 × 8 = 32.

Відповідь: 16 хромосом, 32 молекули ДНК.

Чому дистрактори неправильні:

• 8 і 16 — це метафаза II (n2c: 8 хромосом, 16 молекул ДНК).

• 32 і 32 — це анафаза мітозу (4n4c: хроматиди розійшлися, у клітині 32 хромосоми, 32 ДНК).

• 16 і 16 — це період G₁ (2n2c: 16 хромосом, 16 ДНК, реплікація ще не відбулася).

Приклад 5. Три групи: зародковий листок

Завдання. Визнач для кожної групи правильний варіант:

• Група 1: зародковий листок, з якого утворюється нервова трубка — 1) ентодерма, 2) ектодерма, 3) мезодерма.

• Група 2: ще один орган, що походить з того самого листка — 1) печінка, 2) епідерміс шкіри, 3) серце.

• Група 3: стадія ембріогенезу, на якій утворюються зародкові листки — 1) гаструла, 2) бластула, 3) морула.

Розв’язання:

• Нервова трубка — похідна ектодерми (варіант 2 у групі 1).

• З ектодерми також походить епідерміс шкіри (варіант 2 у групі 2). Печінка — з ентодерми, серце — з мезодерми.

• Зародкові листки утворюються під час гаструляції, тобто на стадії гаструли (варіант 1 у групі 3).

Відповідь: 2 (ектодерма), 2 (епідерміс), 1 (гаструла)

Нижче — типові помилки в завданнях теми 1.5. Кожен пункт містить опис помилки та правильний підхід.

• Плутають кодон із антикодоном. Кодон — це триплет на іРНК, антикодон — комплементарний триплет на тРНК. Амінокислоту визначають за кодоном іРНК, а не за антикодоном. Навіть якщо в завданні дано антикодон, спочатку треба відновити кодон, а вже за ним — амінокислоту.

• Пишуть Т (тимін) в іРНК. У РНК замість тиміну завжди урацил (У). Перевіряй кожен нуклеотид: якщо бачиш Т у послідовності іРНК — це помилка.

• Переписують матричний ланцюг ДНК замість того, щоб будувати комплементарний. Транскрипція — це синтез комплементарного ланцюга іРНК, а не копіювання матриці.

• Плутають анафазу мітозу (розходяться сестринські хроматиди) з анафазою I мейозу (розходяться гомологічні хромосоми). У мітозі й анафазі II розходяться хроматиди; в анафазі I — цілі двохроматидні хромосоми.

• У формулі n/c забувають, що після S-періоду кількість ДНК подвоюється, а кількість хромосом — ні. До реплікації — 2n2c, після — 2n4c. Хромосом (n) стільки ж, але кожна тепер із двох хроматид.

• Вважають, що з одного ооцита I порядку в оогенезі утворюються чотири яйцеклітини. Насправді — лише одна яйцеклітина. Решта клітин — полярні тільця (2 або 3), які гинуть.

• Вважають бластулу стадією утворення зародкових листків. Зародкові листки (ектодерма, ентодерма, мезодерма) утворюються на стадії гаструли, а не бластули. Бластула — це стадія, що передує гаструляції.

• Приписують епітеліальну складову печінки й легень мезодермі, а нервову систему — ентодермі. Правильно: печінка (секреторні клітини) й епітелій легень — похідні ентодерми; нервова система — похідна ектодерми.

У демонстраційному варіанті НМТ-2026 тема 1.5 є основною в завданні № 6 (вибір однієї відповіді з чотирьох за рисунком, 1 бал) і додатковою в № 1 та в логічних парах № 25 (до 4 балів). За блоком тем розділу 1 (1.1–1.5) у демо 2026 передбачено 8 завдань загальною вартістю 11 балів із загальних 46.

Програма НМТ вимагає від учасника:

• розв’язувати елементарні вправи з реплікації, транскрипції й трансляції (будувати комплементарні ланцюги, визначати амінокислоти за таблицею генетичного коду);

• аналізувати етапи клітинного циклу, фази мітозу й мейозу;

• візуально розпізнавати фази мітозу та етапи ембріонального розвитку (бластула, гаструла).

Довідкових матеріалів (таблиць, формул) на тестуванні немає — усе треба знати або вміти швидко відтворити. Тому стратегія підготовки така: у чернетці розписуй ланцюжок ДНК → іРНК → кодон → амінокислота або формулу n/c для кожної стадії й лише тоді звіряй із варіантами відповідей. Це займає 20–30 секунд, але запобігає імпульсивним помилкам.

Формат НМТ-2027 офіційно ще не оприлюднено, тому орієнтуйся на демо 2026, але будь готовий(-а) до можливих змін у розподілі балів або формах завдань.

Тут зібрані відповіді на найпоширеніші запитання, які виникають під час підготовки до НМТ з теми 1.5.

• ДНК → іРНК: А → У, Т → А, Г → Ц, Ц → Г. Амінокислоту визначають за кодоном іРНК, а не за триплетом ДНК чи антикодоном тРНК.

• Антикодон тРНК комплементарний кодону іРНК й антипаралельний йому.

• Мітоз: 2n4c → в анафазі 4n4c → дочірні клітини 2n2c. Мейоз: 2n4c → n2c (після мейозу I) → nc (після мейозу II).

• Анафаза I — розходяться гомологічні хромосоми (кожна з двох хроматид). Анафаза мітозу й анафаза II — розходяться сестринські хроматиди.

• З одного сперматоцита I порядку — 4 сперматозоїди. Після завершення оогенезу — 1 яйцеклітина й 2 або 3 полярні тільця.

• Ектодерма → нервова система, епідерміс шкіри. Ентодерма → епітелій травного й дихального шляхів, печінка, підшлункова. Мезодерма → м'язи, кров, більшість скелета, нирки.

• Цілий орган може мати похідні різних зародкових листків (наприклад, шкіра: епідерміс з ектодерми, дерма з мезодерми).

• Зародкові листки утворюються на стадії гаструли, а не бластули.